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基于鲁棒自适应观测器的DK-2制动机故障诊断
| 论文题名： | 基于鲁棒自适应观测器的DK-2制动机故障诊断 |
| 关键词： | DK-2制动机;数学模型;故障诊断;鲁棒自适应观测器 |
| 摘要： | DK-2制动机是我国自主研制的新一代电控空气制动机，已广泛应用于神华、朔黄等货运专线的万吨重载组合列车，是列车制动系统的核心控制设备。DK-2制动机的安全可靠运行及精确故障诊断，是当前的研究热点问题。本文建立了DK-2制动机的系统功能模型，采用基于鲁棒自适应观测器的诊断技术，能克服系统干扰和模型不确定性的影响，实现制动机故障的精确检测和隔离。主要工作如下: 首先，在研究DK-2制动机气路结构和工作原理的基础上，分析其工作模式的阶段动态变化、叠加运行特性及系统功能的设计特点，通过对制动机的故障分类、故障特点以及诊断难点进行分析，针对其模型不确定性及系统扰动对诊断精度的要求，提出一种基于鲁棒自适应观测器的故障诊断方案。 其次，针对制动机内部部件繁多且工作状态复杂多变、实际运行工况下多种工作模式交互并动态地变化等特点造成的建模难题，基于流量方程、绝热过程方程以及理想气体状态方程建立受控阀、中继阀、高速电磁阀等基础气动模块的数学模型;在此基础上，根据DK-2制动机的气路结构和模块间耦合关系，使用机理分析方法推导制动机的自动制动和单独制动功能数学模型，并通过模型仿真和实际试验数据对比验证系统模型的准确性。 再次，在建立系统模型的基础上，针对DK-2制动机长期运转于冲击频繁、振动剧烈的恶劣环境，容易受外部干扰和模型不确定性影响的特点，设计鲁棒自适应诊断观测器，利用特殊坐标基(SCB)变换产生鲁棒残差，对外部干扰进行解耦，并根据模型不确定性变化特点设计时变的自适应阈值，实现制动机故障的准确检测，在保证故障检测概率的同时有效降低了干扰环境下的误诊率;对每个状态变量构建独立的残差，与自适应阈值相比较，得到每个状态变量的布尔向量值，进一步对照故障特征表实现制动机故障的有效隔离，并通过Matlab仿真验证了所提方法的有效性。 最后，根据诊断系统总体框架，采用分层组件化的结构给出了DK-2制动机故障诊断系统的软硬件实现，实现的系统已试用于安装在神华新型八轴电力机车上的DK-2制动机。列车在途运行的实际诊断结果验证了所研制诊断系统的实用性。 |
| 作者： | 易鉴兑 |
| 专业： | 控制科学与工程 |
| 导师： | 黄志武 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 中南大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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